Физическая энциклопедия - звёзды

в обычном (стационарном) состоянии раскалённые газовые (плазменные) шарообразные небесные тела, находящиеся в гидродинамич. и тепловом равновесии. Гидродинамич. равновесие обеспечивается равенством сил тяготения и сил внутр. давления, действующих на каждый элемент массы З. Тепловое равновесие соответствует равенству энергии, выделяемой из недр З.

, и энергии, излучаемой с её поверхности. З. (кроме ближайшей З.Солнца) находятся на столь больших расстояниях от Земли, что даже в самые сильные телескопы видны как светящиеся точки разл. яркости и цвета. Осн. видимая хар-ка З.её блеск, к-рый определяется мощностью излучения (светимостью) З. и расстоянием до неё. Осн. параметрами состояния З. явл. светимость L, масса M} и радиус R. Их численные значения принято выражать в солн. ед. (Lсолн=3,86•1033 эрг/с, Mсолн=1,99•1033 г, Rсолн=6,96•1010 см). Значения масс З. заключены в пределах от =0,03 до =60Mсолн.

Светимости стационарных З. лежат в интервале от =10-4 до 105 Lсолн, а радиусы от =10 км (нейтронные звёзды) до -103 Rсолн (сверхгиганты). З. представляют большой интерес для физики, т. к. в них реализуются условия, недостижимые в земных лабораториях (темп-ры до 109 К, плотности до 1014 г/см3, магн. поля напряжённостью до 1014 Э), и наблюдаются характерные для этих условий процессы.

Огромную информацию даёт изучение спектров З. (определение их хим. состава, темп-ры поверхности, магн. полей, скоростей движения и вращения, расстояний до З.). З. по состоянию в-ва в недрах разделяют на три главные группы: 1) нормальные З., гидростатич. равновесие к-рых поддерживается давлением классической идеальной плазмы, существующей благодаря термич.

ионизации атомов (эффекты неидеальности становятся важными только в З. малой массы ?0,5Mсолн); 2) белые карлики, к-рые удерживаются в равновесии фермиевским давлением эл-нов вырожденной плазмы (ионизованной даже при низких темп-pax давлением); 3) нейтронные З. с высокой ср. плотностью (r?1012 г/см3), при к-рой ферми энергия эл-нов столь высока, что энергетически выгоден процесс нейтронизации вещества, т. е. слияние протонов и эл-нов, из-за чего в-во внеш. слоев З. состоит из ядер, обогащённых нейтронами, а внутренних из свободных нейтронов (с малой примесью протонов и эл-нов). Осн. источник излучения З. (фотонного и нейтринного, а также корпускулярного) реакции термояд.

синтеза (см. ТЕРМОЯДЕРНЫЕ РЕАКЦИИ). На непродолжит. стадиях перехода от одной реакции к другой, сопровождающихся сжатием З., существенным становится также выделение потенциальной гравитац. энергии. Наиболее энергетически эфф. процессом, идущим при самой низкой темп-ре (=107 К), явл. процесс превращения водорода в гелий. Поскольку водородный цикл реакций обязательно содержит к.

-л. реакцию, идущую по слабому взаимодействию, этот процесс явл. и самым медленным. Поэтому б. ч. наблюдаемых З. находится в стадии водородного горения в центре. При данном хим. составе условия теплового и механич. равновесия дают для этих З. однозначную связь светимости, массы и радиуса. Вследствие этого на диаграммах «светимость темп-pa поверхности» и «масса радиус» большинство З.

группируется вдоль определ. линии, т.н. главной последовательности. После выгорания водорода в центре, сжатия ядра и повышения его темп-ры (см. ВИРИАЛА ТЕОРЕМА) становится возможным (при достаточно большой массе З.) горение всё более тяжёлых элементов (повышение темп-ры создаёт условия для преодоления более высокого, чем у водорода, кулоновского барьера при слиянии тяжёлых ат. ядер). Б. ч. своей жизни З. находятся в стационарном состоянии (напр., светимость Солнца примерно постоянна уже неск. млрд. лет). Равновесность З. при непрерывной потере энергии обусловлена сильным различием характерных времён протекающих в них процессов. Время установления механич. равновесия определяется отношением (радиус/ср. скорость звука), равным 103•r-1/2с (для Солнца =1 ч); время диффузии фотонов от центра к поверхности определяется отношением (гравитац. энергия/светимость), равным для Солнца =3•107 лет; время термояд. эволюции =10-3M с2/L (для Солнца =1010 лет). Нарушение механич. равновесия, напр. снижение давления в З., приводит к сжатию З. и превращению части гравитац. энергии в теплоту. В результате внутр. давление возрастает, механич. равновесие восстанавливается. З. представляют собой, т. о., саморегулирующуюся систему. Если устойчивость З. нарушается, она становится нестационарной.

Различные виды нестационарности имеют своё характерное время и могут проявляться в виде автоколебаний (цефеиды), гравитационного коллапса и др. При неустойчивости теплового равновесия нестационарность проявляется в виде вспышки с характерным временем диффузии фотонов. На поздних стадиях эволюции ядра З. становятся компактными, характерные времена сближаются, картина эволюции усложняется.

Амплитуда проявлений нестационариости может быть самой разной: от долей процента при слабых пульсациях до вспышек с увеличением светимости в =1010 раз у сверхновых звёзд. У большинства З. малой массы наблюдаются также вспышки, не связанные с их внутр. равновесием. Они происходят в верхних слоях (атмосферах З.), по-видимому, из-за аннигиляции в к.

-л. области атмосферы противоположных по направлению магн. полей (аналогично хромосферным вспышкам на Солнце). Общая картина эволюции З. может быть охарактеризована след. образом: З. возникают в результате конденсации межзвёздных пыли и газа, богатого водородом (процесс звездообразования продолжается). Затем следует наиболее длит.

стадия звёздной эволюции период термояд. реакций превращения водорода в гелий в центре З. Когда водород в центре исчерпан, ядро сжимается и нагревается, а оболочка сильно расширяется, причём, несмотря на рост светимости, темп-ра поверхности падает З. становится красным гигантом.

После этого в ядре З. становится возможным термояд. загорание гелия и более тяжёлых элементов, сопряжённое в ряде случаев со сбросом водородной оболочки и образованием т. н. планетарной туманности. Остаток З. остывает, переходя в стадию белого карлика. В зависимости от нач. массы, а возможно и от момента вращения, З. могут закончить свою эволюцию взрывом сверхновой (с остатком в виде нейтронной звезды либо без остатка).

Согласно общей теории относительности Эйнштейна, наиб. массивные З., если они сохранили свою массу вплоть до исчерпания термояд. горючего, должны коллапсировать в состояние чёрной дыры. Справедливость осн. положений теории строения и эволюции З. подтверждается успешным объяснением: зависимости светимость спектр. класс и др.

закономерностей для З. главной последовательности; распространённости разных типов З.; пульсаций цефеид и др. Термояд. эволюция подтверждается распространённостью хим. элементов, а также наличием гелиевых З., углеродных З. и др. с аномалиями хим. состава на поздних стадиях. Теория предсказала подтверждающуюся наблюдениями зависимость масса радиус для белых карликов, а также существование нейтронных З.

, открытых в виде пульсаров. .